Один и тот же бетон в расчёте буронабивной сваи даёт разное расчётное сопротивление. По СП 24.13330 коэффициент условий работы бетона, учитывающий способ производства работ, равен 1,0 при бурении насухо без крепления стенок в глинах, 0,9 насухо в извлекаемой обсадной трубе или полым шнеком, 0,8 — так же, но с водой в скважине, и 0,7 под глинистым раствором. Разница до 30 % зависит не от марки бетона, а от того, чем держали стенку скважины. Поэтому устройство буронабивных свай — часть проектного решения, а не только дело подрядчика.
Что такое буронабивная свая и когда её выбирают
Буронабивная свая (БНС) — свая в пробуренной скважине: сначала скважина, затем арматурный каркас, затем бетон. СП 24.13330 делит буровые сваи по способу крепления стенок: без крепления — в глинистых грунтах выше уровня подземных вод; глинистым раствором, извлекаемой обсадной трубой или полым шнеком — ниже уровня воды. СП 45.13330 добавляет полимерный раствор.
БНС выбирают там, где забивные сваи не проходят: нужен диаметр до 2–2,5 м, площадка стеснена, вибрация запрещена, грунты слабые и обводнённые. Сваи в криолитозоне — отдельная тема: несущая способность зависит от температуры мёрзлого грунта по СП 25.13330, см. термостабилизацию грунтов и аудит криолитозоны.
Технология устройства по этапам: обзор
- Подготовка: геология, площадка, буровая.
- Бурение скважины.
- Крепление стенок.
- Зачистка забоя и освидетельствование.
- Арматурный каркас с закладными.
- Бетонирование через бетонолитную трубу.
- Оголовок до проектной отметки.
Скважину с установленным каркасом и закладными принимают по акту скрытых работ до бетонирования: после укладки бетона их уже не проверить. Как это оформляют в техкарте по МДС 12-29.2006, показано на примере техкарты на демонтаж оголовков.
Этап 1. Подготовка: геология, площадка, буровая
До первого метра нужны инженерно-геологический отчёт (для криолитозоны — геокриологический), разбивка осей и площадка под массу машины: роторная установка класса TYSIM KR300M весит около 90 т. Паспорт буровой читают как набор режимов, а не рекордов: у KR300M глубина до 54 м и диаметр до 2 500 мм, но не одновременно; момент 320 кН·м даётся под нагрузкой. Ряд машин — в разделе техника.
Этап 2. Бурение буронабивных свай: инструмент под грунт
Инструмент выбирают по трём вопросам: сухо или под водой, связный грунт или сыпучий, есть ли скала. Шнек берёт связные грунты насухо, но ниже воды теряет грунт при подъёме. Ковшебур поднимает обводнённый грунт закрытым и зачищает забой. По скале работают скальный шнек, коронка и долото. Подбор ковшебуров и шнеков под установку — на странице бурового инструмента.
Два правила СП 45.13330: в песках и обводнённых грунтах запрещено бурить с опережением забоя ниже обсадной трубы (п. 12.2.2); скорость подъёма инструмента ограничивают (п. 12.2.4), иначе он работает как поршень и размывает стенку.
Способы бурения и холостое бурение
Способ бурения называют по тому, чем держат стенку скважины: насухо без крепления (связные грунты выше воды), в извлекаемой обсадной трубе, под бентонитовым или полимерным раствором, непрерывным полым шнеком (CFA). Каждому способу свой инструмент: шнек, ковшебур, под скалу — коронка или долото. Разбор способов крепления — в этапе 3 ниже.
Холостое бурение — участок скважины от уровня площадки до проектной отметки верха сваи: его бурят, но бетоном не заполняют. Сколько такого участка на вашем объекте, видно по разнице отметки площадки и отметки верха сваи в проекте. Рабочая часть начинается ниже, там, где свая уже несёт нагрузку.
Келли-штанга: фрикционная или замковая
Келли-штанга передаёт момент и подачу от вращателя к инструменту. Фрикционная держит секции трением: под глины и суглинки, прижим ограничен. Замковая фиксирует секции и передаёт полное усилие подачи — под скалу и плотный гравий. Подробнее — на странице келли-штанг.
Этап 3. Крепление стенок: обсадная труба, бентонит или полимер
Ниже уровня грунтовых вод скважина сама не стоит. Принцип один: давление внутри скважины больше давления снаружи. По СП 45.13330 п. 12.2.4 уровень раствора держат не меньше чем на 3 м выше напорного уровня грунтовых вод.
| Способ | Как держит стенку | Коэффициент по СП 24.13330 | Где подводит |
|---|---|---|---|
| Обсадная труба | Механически | 0,9 насухо, 0,8 под водой | Время на вращение и извлечение |
| Бентонит | Корка и столб раствора | 0,7 | Регенерация, утилизация |
| Полимер | Вязкость, корки почти нет | Отдельно не назван | Гравий, трещиноватая порода |
Обсадная труба
Устройство буронабивных свай в обсадной трубе — самый предсказуемый способ: стенку держит труба, а не режим раствора. Инвентарные трубы двухстенные, секциями 1–6 м. По СП 45.13330 в неустойчивых слабых грунтах обсадка идёт впереди разработки грунта минимум на два диаметра сваи; в дисперсных грунтах внутри трубы сохраняют грунтовую пробку — не меньше двух диаметров трубы и не меньше 1 м; наклонные сваи делают только в трубе.
Вращает и извлекает трубу сама буровая — через дрейтеллер, переходник от вращателя к трубе, — или обсадной стол у устья: RCO1500 работает с трубой диаметром до 1 500 мм, момент 1 500 кН·м, стыкуется с TYSIM, XCMG, SANY, Liebherr, Casagrande и Soilmec. Трубы — на странице обсадных труб.
Бентонитовый раствор
Бентонит держит стенку коркой: по СП 45.13330 табл. 14.2 её толщина не больше 4 мм при водоотдаче до 30 см³ за 30 минут; плотность раствора 1,03–1,10 г/см³, вязкость по воронке Марша 30–35 с, песок до 4 %, pH 8–11. Контроль — на каждом замесе, раз в смену, через каждые 20 м проходки и перед бетонированием. Слив отработанного раствора в водоёмы и канализацию запрещён (п. 14.1.20): его вывозят в отвалы, а для повторного использования нужна станция регенерации.
Полимерный раствор
Полимер держит стенку не коркой, а вязкостью жидкости — так описывает механизм руководство EFFC/DFI по растворам для глубоких фундаментов (2019). Расход 0,5–2 кг/м³ против 20–60 у бентонита. По Изменению 2 к СП 45.13330: вязкость свежего раствора 85–125 с, на забое 80–120 с при плотности 1,03–1,10 г/см³, pH 8–10, песок меньше 1 %; центробежный насос не применяют (п. 14.1.21). Подводит в гравии, трещиноватой породе, солёной воде.
Этап 4. Зачистка забоя и освидетельствование скважины
Забой очищают от разрыхлённого грунта (СП 45.13330 п. 12.2.6). После установки каркаса, перед бетонированием, скважину освидетельствуют повторно: рыхлый грунт, осыпи, вывалы, вода и шлам в забое (п. 12.2.7). Окно от конца бурения до бетонирования — 8 часов в неустойчивых грунтах и сутки в устойчивых (п. 12.2.9). Отметку забоя, вертикальность и параметры раствора пишут в журнал бурения.
Этап 5. Арматурный каркас для буронабивных свай
Каркас собирают с кольцами жёсткости и фиксаторами защитного слоя; при опускании секции стыкуют, в обсадной трубе центрируют. До бетонирования на него закладывают всё, что понадобится позже: трубки для ультразвукового контроля сплошности и картриджи для безударного демонтажа оголовка. Задним числом их не добавить. Как заложить метод в проект — в статье о безударном демонтаже в ПОС и ППР.
Этап 6. Бетонирование через бетонолитную трубу
Под водой или раствором бетон укладывают методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ). По СП 45.13330 низ бетонолитной трубы держат в уже уложенном бетоне на глубине не меньше 1,5 м, для свай диаметром от 1,2 м — не меньше 2,5 м; перерыв в бетонировании больше 60 минут не допускается, обсадную трубу извлекают по ходу. Верх сваи выводят выше проектной отметки: бетон вытесняет шлам вверх, и верхний слой — смесь бетона со шламом. Отсюда вывод: прочность оголовка при испытании может оказаться ниже прочности тела сваи.
Как работает метод ВПТ
ВПТ — метод вертикально перемещаемой трубы: бетон идёт к забою внутри бетонолитной трубы (тремье) с воронкой сверху, а не льётся через воду или раствор. Порядок такой: трубу собирают секциями и опускают к забою, бетон загружают в воронку, он выходит у забоя, и столб растёт снизу, вытесняя воду или раствор вверх. По мере роста столба трубу поднимают, убирая верхние секции.
Главное правило метода — нижний конец трубы всё время остаётся в уложенном бетоне: не меньше 1,5 м, для свай диаметром от 1,2 м не меньше 2,5 м (цифры выше, по СП 45.13330). Если конец вышел из бетона, вода или раствор попадают в смесь и в стволе остаётся слой слабого бетона. Поэтому на площадке считают объём поданного бетона, замеряют отметку верха столба и длину трубы в нём, а подвижность смеси проверяют до подачи. Если свая бетонируется в обсадной трубе, её извлекают по ходу бетонирования.
Этап 7. Оголовок: срубка или демонтаж до проектной отметки
Классика — отбойные молотки, алмазная резка, гидроклин. Закладной метод: картриджи с расширяющимся составом ставят на каркас до бетонирования, после набора прочности по проектной отметке проявляется трещина, и оголовок снимают краном целым блоком. Метод работает на сваях диаметром 0,6–2,0 м и на 80–90 % быстрее классики; на капремонте моста через Ижору оголовки сняли за 6 рабочих дней вместо 3 недель по графику.
Подробнее — на странице демонтажа оголовков БНС и в разборе чем заменить отбойный молоток.
CFA: буронабивные сваи полым шнеком
Технология непрерывного полого шнека (CFA) обходится без обсадной трубы и раствора: стенку держит грунт на лопастях шнека. Скважину проходят за один цикл без остановки (СП 45.13330 п. 12.4.3), бетон подают насосом через полую штангу при подъёме шнека. Если давление бетона падает ниже 0,2 МПа, подъём прекращают (п. 12.4.7) — иначе в стволе образуется шейка. Типовые диаметры 600–900 мм, на мощных установках до 1 200–1 500 мм; предел — слабая скала, наклонные сваи не делают.
Контроль качества и испытания буронабивных свай
По ходу работ контролируют положение и вертикальность скважины, отметку забоя, параметры раствора, положение каркаса, объём и подвижность бетона, уровень смеси при извлечении трубы. Скрытые этапы закрывают актами; допуски на положение свай — по СП 45.13330.
Контроль сплошности
Ультразвуковой межскважинный метод по ГОСТ Р 71039-2023 работает по трубкам в каркасе и показывает дефекты по всей длине ствола; низкодеформационный работает по оголовку и закладных не требует. Для УЗК оголовок до испытания не обрабатывают. Несущую способность подтверждают испытаниями по ГОСТ 5686; число свай назначают по проекту и СП 24.13330.
Нормативная база
- СП 24.13330 — проектирование свайных фундаментов; СП 50-102-2003 — его предшественник, только как справочный.
- СП 45.13330 (Изменение 2) — производство работ: разделы 12 и 14; СП 25.13330 и СП 22.13330 — основания.
- ГОСТ 5686 — испытания свай; ГОСТ Р 71039-2023 — ультразвуковой контроль; МДС 12-29.2006 — техкарта; EFFC/DFI 2019 — растворы.
Частые вопросы
Чем крепят стенки скважины при устройстве буронабивных свай?
Ниже уровня грунтовых вод — извлекаемой обсадной трубой, глинистым (бентонитовым) или полимерным раствором либо полым шнеком (СП 24.13330, СП 45.13330). Выше воды в глинистых грунтах допускается бурение без крепления. Способ влияет на расчёт: коэффициент условий работы бетона 0,9–0,8 в трубе против 0,7 под глинистым раствором.
Сколько времени скважина может стоять до бетонирования?
По СП 45.13330 п. 12.2.9 — до 8 часов в неустойчивых грунтах и до суток в устойчивых, считая от конца бурения. Перед бетонированием скважину повторно освидетельствуют на осыпи, воду и шлам.
Как бетонируют буронабивную сваю под водой или раствором?
Методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ): низ бетонолитной трубы держат в уложенном бетоне на глубине не меньше 1,5 м, для свай диаметром от 1,2 м — не меньше 2,5 м, перерыв в бетонировании больше часа не допускается (СП 45.13330). Верх сваи выводят выше проектной отметки, потому что верхний слой перемешан со шламом; затем оголовок демонтируют.
Как проверяют сплошность буронабивной сваи?
Ультразвуковым межскважинным методом по ГОСТ Р 71039-2023 по трубкам, заложенным в каркас до бетонирования, или низкодеформационным методом по оголовку. Если нужен контроль по всей длине, оголовок не обрабатывают до УЗК. Несущую способность подтверждают статическими испытаниями по ГОСТ 5686.
Что такое буронабивные сваи CFA и в чём их предел?
Сваи непрерывного полого шнека: скважину проходят за один цикл, бетон подают через штангу при подъёме шнека (СП 45.13330 п. 12.4.3). Типовые диаметры 600–900 мм, скала — только слабая, наклонные сваи не делают; при давлении бетона ниже 0,2 МПа подъём шнека останавливают, иначе в стволе появится шейка.
Что такое метод ВПТ при бетонировании свай?
ВПТ — метод вертикально перемещаемой трубы. Бетон подают к забою по бетонолитной трубе (тремье) с воронкой, столб бетона растёт снизу и вытесняет воду или раствор вверх. Нижний конец трубы всё время держат в уложенном бетоне: не меньше 1,5 м, для свай диаметром от 1,2 м не меньше 2,5 м (СП 45.13330). Метод нужен там, где скважина заполнена водой или раствором.
Какие бывают способы бурения буронабивных свай?
По способу крепления стенок скважины: насухо без крепления (в связных грунтах выше уровня воды), в извлекаемой обсадной трубе, под бентонитовым или полимерным раствором, непрерывным полым шнеком (CFA). По инструменту: шнек для связных грунтов насухо, ковшебур для обводнённых грунтов и зачистки забоя, скальный шнек, коронка или долото для скалы.
Как устраивают сваи с обсадными трубами?
Стенку держит извлекаемая труба: её вращает и задавливает буровая через дрейтеллер или обсадной стол, а грунт выбирают внутри трубы ковшебуром или шнеком. По СП 45.13330 в неустойчивых слабых грунтах обсадка идёт впереди разработки грунта минимум на два диаметра сваи, в дисперсных грунтах внутри трубы оставляют грунтовую пробку — не меньше двух диаметров трубы и не меньше 1 м. Бетонируют методом ВПТ, трубу извлекают по ходу бетонирования.
Что такое холостое бурение?
Участок скважины от уровня площадки до проектной отметки верха сваи: его бурят, но бетоном не заполняют. Размер определяется разницей отметки площадки и отметки верха сваи по проекту.